不平整跑道激励下飞机起落架随机响应及可靠性分析

采用非线性二自由度系统构建了飞机起落架模型,通过时域噪声刻画了不平整跑道对飞机起落架系统的随机激励,并引入路面不平度系数描述了跑道的不平整程度;基于飞机起落架模型响应的概率密度函数及其统计量,开展了不平整跑道对飞机起落架系统影响规律的研究。应用随机可靠性分析方法以及人体振动舒适性理论,通过建立安全域和舒适域与系统响应之间的关系,分析了起落架模型在不同路面不平度系数下的可靠性,并对乘客舒适性进行了评价。研究结果表明:路面不平度系数越大,系统状态变量的波动越剧烈,系统的可靠性和舒适性与路面不平度系数呈一定的负相关性;在路面不平度系数较小的情况下,系统平均首次穿越时间以及舒适性受随机扰动的影响更加显著。

起落架系统刹车走步动力学特性研究

起落架碳陶刹车系统的刹车力矩在角速度快速变化时,随着机轮转速的减小而增大,刹车力矩和机轮转速曲线的负斜率与起落架刹车走步振动有较大的关系。本文建立了一个三自由度起落架刹车走步动力学模型,对水陆两栖飞机主起落架刹车振动进行了分析,重点研究刹车力矩负斜率对起落架刹车振动的影响,计算的加速度响应、频率与起落架外场滑跑刹车试验测试结果一致。研究了初始刹车力矩、负斜率、起落架航向刚度与阻尼、支柱等效高度等参数对起落架动力学系统的影响,给出了初始刹车力矩与刹车力矩负斜率在高速刹车状态下的双参数振动收敛边界。通过Hopf分岔分析得到了起落架刹车系统的刹车力矩负斜率与初始速度的双参数分岔图。通过分析得出,起落架刹车低频振动发散可能由刹车力矩负斜率超过一定范围或刹车压力大导致刹车力矩过大,滑移率超过限值两种原因导致。相对于高速刹车,刹车力矩负斜率对低速刹车稳定性影响更大。在分析结果的基础上给出了抑制起落架刹车走步的方法与建议。

多连杆混联仿生腿式起落架设计与着陆实验研究

针对垂直起降飞行器对着陆场地的硬度及平整性要求高、传统起落架智能化程度低的问题,设计了一种基于多连杆混联机构的仿生腿式地形自适应起落架。首先针对单腿的设计构型进行驱动力矩分析与机构优化,在此基础上完成结构设计。其次基于设计构型提出了相应的驱动与运动控制算法,建立控制系统,并针对四腿机构进行着陆仿真。最后以多旋翼无人机为对象,设计了一套仿生起落架系统,与多旋翼无人机形成了整体的验证平台,实现地形识别-飞控-多腿控制融合设计,完成了搭建结构化地形的自适应着陆实验。研究结果表明,多连杆混联式仿生起落架设计方法可应用于垂直起降飞行器起落架的设计中,完成设计载重的斜坡、台阶、凹凸地面等复杂地形的着陆,具备自适应着陆的能力。

轮胎刚度智能预测及在起落架摆振分析中的应用

为分析飞机起落架摆振问题,需要获取航空轮胎的侧向、扭转刚度。建立了一套航空轮胎侧向与扭转刚度智能预测方法,并在某无人机起落架防摆设计中成功应用。收集了503组轮胎侧向、扭转刚度试验测试数据,来自3个轮胎厂商,7种轮胎型号,涵盖不同气压、载荷、压缩量、直径、宽度等特征参数的组合。建立了一个全连接人工神经网络模型,通过已有轮胎刚度测试数据对神经网络模型进行了训练,从随机分配的验证集训练效果可以看出,训练到1000次以后,均值误差基本收敛,预测值与真实值基本一致。利用训练后的模型对某无人机轮胎侧向与扭转刚度进行了预测,并将预测结果应用于某无人机起落架摆振稳定性分析,确定起落架临界阻尼,指导减摆器的设计。

非饱和黄土地基降雨入渗离心模型试验及多物理量联合监测

对非饱和土降雨入渗过程及其致灾机制的深入认识有赖于室内外试验及多物理量联合监测。基于离心机超重力环境下土体响应监测技术,开展了非饱和黄土地基降雨入渗离心模型试验,测试研究了超重力环境对新研制的微型TDR探针及张力计测量的影响规律,并利用TDR、张力计及弯曲元对降雨入渗过程中土体响应进行多物理量联合监测。研究结果表明:在不同离心加速度下微型TDR探针与给定含水率土体实测原始波形重合,说明超重力环境对TDR测试没有影响,含水率的测试误差在2%以内。在离心机加速过程中,张力计所测吸力下降约2.0~2.9 kPa,当离心加速度稳定在40g时,所测吸力在10min内上升并接近常重力下土体初始吸力。在降雨入渗过程中,埋设在同一深度的TDR探针、张力计和弯曲元对湿润锋响应的时间点基本一致,降雨入渗导致土体含水率增加,基质吸力降低,剪切波速降低。这些多物理量监测数据有助于建立非饱和土含水率-吸力-剪切模量之间的关系。

Taguchi方法在飞机起落架摆振特性对设计参数灵敏度分析中的应用

针对飞机起落架摆振特性对设计参数灵敏度的问题,使用典型前起落架摆振分析模型,确定飞机在全速度范围内滑跑时系统防摆所需最大临界阻尼值,通过引入Taguchi方法,找出影响系统防摆所需最大临界阻尼值的可控因素,并采用基于正交试验的灵敏度分析方法,定量分析各可控因素对其防摆所需最大临界阻尼值的敏感程度。最后,以某飞机起落架为例,进行摆振特性对设计参数灵敏度分析,找出设计参数最优水平组合,并予以验证。研究表明:该方法对研究飞机起落架摆振特性灵敏度分析是可靠、有效的,为飞机起落架防摆设计研究提供了一个新的方向。

防雷座椅台架试验冲击波形模拟技术

防雷座椅台架试验是通过跌落试验台模拟防雷座椅在受到爆轰波冲击的过程的一种试验方法,对防雷座椅动态性能测试与缓冲性能优化具有重要的现实意义。针对爆轰波的波形特点,提出一种用于防雷座椅台架试验的冲击波形模拟方法,并建立了波形发生装置的设计与调试方法。基于具体试验过程,给出波形的设计原理、波形发生器设计方法,通过具体试验数据,提出波形的调试与修正方法,并将其应用于多项试验当中进行验证。最后,结合具体试验过程,给出波形发生器的调试过程,并给出试验中存在问题的具体处理方法。结果表明:该冲击波形模拟技术具有有效性和实用性,可用于防雷座椅台架试验。

闭孔泡沫铝在动态加载下的压缩力学行为研究

为研究闭孔泡沫铝的动态压缩力学响应过程,基于典型泡沫铝试样的孔型和分布情况构建了Voronoi模型,根据实验结果验证了模型的准确性。基于LS-DYNA分析了目前泡沫铝常用的Kelvin模型和Voronoi模型之间的差异性,研究了加载速度、基体应变率效应和压缩惯性效应对闭孔泡沫铝变形模式和应力水平的影响规律。研究结果表明:Voronoi模型应力-应变水平和变形模式与实验结果拟合较好,内部结构比单胞阵列的Kelvin模型更趋真实合理;在低速压缩下,泡沫铝惯性效应基本上可以被忽略,而高速压缩下,受压缩惯性效应影响,泡沫铝平台应力随着加载速度的增大而增大;当考虑泡沫铝基体应变率效应时,泡沫铝平台应力水平会得到有效的改善,且泡沫铝整体呈现应变率效应。

碳纤维增强复合材料的中低应变率力学性能试验研究

目的研究碳纤维增强复合材料的中低应变率力学性能。方法利用电子万能试验机和高速液压伺服材料试验机对[(±45°)]4s和[(±45°)]8两种铺层碳纤维增强复合材料进行常温下准静态和中低应变率力学性能试验,得到不同应变率下的应力应变曲线和失效参数。结果在应变率6.7×10-4~500 s-1范围内,两种铺层材料均具有明显的应变率强化效应,材料失效应力随应变率的提高而增大。两种铺层材料均发生纤维断裂失效和局部的分层失效,但[(±45°)]4s铺层发生燕尾形失效,[(±45°)]8铺层发生剪切失效。结论获得了碳纤维增强复合材料在不同应变率下的力学性能参数,可为复合材料飞机结构的抗冲击设计和仿真分析提供准确的材料参数。

基于EDEM-FLUENT耦合的ZJ17卷烟机梗签分离数值模拟与试验

为减少ZJ17卷烟机组在生产烟支时的烟丝浪费,降低梗中含丝率,基于计算模型更加准确真实的EDEM-FULENT耦合仿真技术,建立更加接近实物的梗签、烟丝颗粒模型,对ZJ17卷烟机组生产时真空浮选腔的负压分离在不同负压下进行了数值模拟与仿真分析,并以曲靖卷烟厂生产的“云烟(软紫)”品牌烟丝为试验对象进行试验,结果表明:①最佳分离负压为-1.2 KPa,可使梗中含丝率由20.27%降低至1.80%,每台ZJ17卷烟机组每年可节约成品烟丝超过3000 kg;②EDEM-FLUENT耦合仿真技术针对烟草行业同样具有可行性,且较之FLUENT具有更高的准确性。

球形弹丸对不同构型充液油箱的毁伤效应

为研究球形高速弹丸对不同构型充液油箱的毁伤效应,基于LS-DYNA有限元分析软件和光滑粒子流体动力学理论,建立经实验验证的充液油箱模型;其中将油箱模型沿弹丸速度方向的长度作为不变量,分析不同冲击速度、不同构型(球形、方形和柱形油箱)对弹丸速度衰减、液体压力变化及箱体前后壁板变形的影响。结果表明:油箱构型基本不影响弹丸速度衰减变化和液体压力变化。油箱构型对冲击波阵面的压力分布影响较小;而弹丸速度对冲击波阵面的压力分布影响较大。弹丸速度与冲击波压力峰值正相关。弹丸冲击速度较小时,球形油箱的抗毁伤能力更强;随着弹丸冲击速度的增大;不同构型油箱的抗毁伤能力趋于一致。

TC18钛合金多次冲击损伤演化规律

为了探究TC18材料在多次冲击下的损伤演化规律,参考夏比冲击标准设计了三点弯冲击试验件,开展了多次冲击试验。通过动态拉伸试验以及低周疲劳试验获得了TC18材料的Johnsonson-Cook本构模型、Lemaitre损伤模型中的材料参数,引入修正因子改进了Lemaitre损伤模型,并编写了子程序,基于Johnson-Cook本构模型和改进的Lemaitre损伤模型对试验件进行了多次冲击数值仿真。结果表明:采用改进的Lemaitre损伤模型的有限元仿真结果与试验结果符合较好,TC18材料在多次冲击下损伤演化呈现两个阶段——缓慢累积和迅速增长。

多次冲击载荷作用下典型铝合金材料动态响应规律

为了研究典型铝合金材料在多次冲击载荷下的响应规律,基于落锤冲击试验机进行了7075-T7351铝合金试样多次冲击试验,采用控制变量法研究冲击能量、冲击次数以及缺口对材料冲击性能的影响。通过分析多次冲击过程中载荷、吸收功、塑性变形以及冲断次数的变化规律,研究了材料在多次冲击载荷下的冲击响应。结果表明:7075-T7351铝合金多次冲击过程中硬化现象明显,冲击次数、冲击能量以及缺口等对材料的冲击性能有重要影响。

高速球形弹丸对飞机油箱结构的毁伤效应影响

目的研究高速球形弹丸对飞机油箱结构的毁伤效应。方法基于LS-DYNA有限元分析软件和光滑粒子流体动力学理论,建立弹丸高速冲击充液油箱的动力学分析模型,分析不同弹丸冲击速度、不同充液比例情况下油箱结构的动态冲击响应和毁伤机理。结果充液比例对弹丸的速度衰减变化几乎没有影响;弹丸速度和充液比例均对油箱结构的动态冲击响应有较大影响。随着弹丸速度的增加,油箱前后壁板的变形量逐渐增加;随着充液比例的增加,油箱结构的变形量逐渐增大,破坏也更严重,且部分充液箱体的变形明显小于完全充液的情况。结论充液比例越大、弹丸速度越高,油箱毁伤程度越大。

机翼前缘局部填充泡沫铝抗鸟撞特性

在保证飞机机翼前缘质量特性的前提下,通过一种泡沫铝局部填充机翼前缘的优化结构来提高机翼前缘的抗鸟撞性能。通过LS-DYNA软件分别开展机翼前缘未填充和局部填充泡沫铝材料抗鸟撞分析,研究两者撞击响应、前墙响应和吸能特性的差异性,并基于D80气炮开展鸟撞铝板试验来验证鸟体本构参数的准确性和有效性。研究结果表明:通过减少蒙皮厚度并局部填充泡沫铝的方式能够在优化机翼前缘质量的同时有效地增强机翼前缘的抗冲击强度;机翼前缘局部填充泡沫铝之后前墙面板中心点位移以及等效应力得到有效降低,填充机翼前缘结构比空机翼前缘结构能够更有效地抵御鸟体撞击;在蒙皮和泡沫铝的共同作用下,局部填充泡沫铝的机翼前缘能够比空机翼前缘在相同撞击工况下吸收更多的能量。

充液格栅结构抗射弹冲击特性研究

为研究充液格栅结构抗射弹冲击特性,基于二级空气炮系统开展1×1、3×3和5×5格栅结构抗射弹冲击实验,获得射弹速度变化和壁板应变等物理量,并通过LS-DYNA有限元软件,建立经实验验证的有限元模型,研究射弹速度全场变化、壁板变形等。结果表明:格栅结构后壁板变形最严重,且壁板下半部分变形大于上半部分;在内部壁板变形和流体对前壁板的共同作用下,5×5格栅结构前壁板变形趋势与1×1和3×3格栅结构不同;格栅结构在射弹冲击过程中获得的总能量随格栅数量的增加而增加,但内部壁板变形耗散更多的能量,导致格栅外部壁板变形反而减小,提高了结构的抗毁伤能力。

仿生腿式地形自适应起落架构型与动力学分析

针对垂直起降飞行器在复杂地形环境下实现平稳着陆的难题,利用仿生学设计理念,以无人直升机为对象,设计了一种基于多连杆机构设计的仿生腿式起落架系统。通过对腿部机构进行运动学分析和动力学分析,建立相关模型,在此基础上,进行仿生腿式起落架的运动控制。首先,从无人直升机的着陆稳定性和承载能力出发,对仿生腿式起落架机械构型进行分析,并介绍了腿部各部分结构。然后,针对仿生腿腿部结构,通过几何法完成对腿部正运动学和逆运动学的求解,建立足端位置与驱动关节角度之间的映射关系。最后,基于运动学模型及四连杆运动学特性,对机体和单腿进行了动力学分析,并建模。通过建立的运动学和动力学模型,结合设计的起落架结构,完成动力学仿真,实现了仿生腿式起落架在复杂地形环境下的平稳着陆,验证了结构的合理性和模型的准确性。

充液格栅结构抗射弹冲击数值模拟研究

为研究充液格栅结构抗射弹冲击性能,基于经验证的充液箱体抗射弹冲击动力学建模方法,建立典型充液格栅结构抗射弹冲击有限元模型,分析射弹初速度、充液比例、流体液面压力以及流体黏性等对冲击过程中射弹速度衰减变化规律、形成的空腔形态以及流固耦合作用下格栅结构前、后壁板变形的影响。结果表明:射弹动能损失与充液比例基本没有关系,但与射弹初速度、液面压力和流体黏性与射弹动能损失正相关;后壁板的变形程度大于前壁板的变形,壁板变形程度与充液比例、射弹速度和液面压力正相关;射弹冲击下,充液比例越高、射弹初始速度越高、液面压力越高、流体黏性越大,充液格栅结构越容易发生失效。

2024-T42铝板抗球形钢弹侵彻特性研究

为了研究2024-T42铝合金平板的弹道毁伤特性,利用一级空气炮装置进行25.4mm球形钢弹垂直撞击2024-T42铝合金平板实验,得到铝板在钢弹侵彻下的损伤特性和弹道极限速度,之后基于LS-DYNA有限元软件对钢弹撞击过程进行仿真分析,并详细分析了钢弹撞击过程中铝板的损伤和变形。实验和仿真结果表明:5mm厚2024-T42铝合金平板在直径25.4mm球形钢弹撞击作用下的弹道极限速度为151.7m/s;钢弹侵彻过程中铝板发生局部剪切冲塞破坏和开裂损伤;钢弹初速度大于弹道极限速度,钢弹动能损失基本不变,钢弹初速度小于弹道极限速度,钢弹动能损失随初速度减小而减少。

智慧教室的设计与应用研究--以安徽职业技术学院为例

近年来,规划和推进智慧教室的建设成为各个高校教育技术工作者关注的热点问题之一。文章以安徽职业技术学院的智慧教室为例,在分析传统多媒体教室存在问题的基础上,认为智慧教室建设的关键在于智慧教学环境的构建,提出了以教学环境的智能化管理和智慧课堂的软硬件设计为核心的解决方案,并进行了智慧教室满意度和方案改进的调查研究,以期为其他院校的智慧教室设计与应用提供借鉴。